Дауыстық үй басқаруы V1.0: 12 қадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:23

Бірнеше ай бұрын мен жеке көмекшімді алдым, атап айтқанда Alexa -мен жабдықталған Эхо Дот. Мен оны таңдадым, себебі мен құрылғыны сөндіру мен өшіруді қосу үшін плагиндерді қосуға болатынын білдім, шамдар, желдеткіштер және т.б. Интернет -дүкендерде мен осы функцияны орындайтын көптеген құрылғыларды көрдім, мен сол кезде ойладым …. неге өз қолыңызбен жасамасқа?

Осы ойды ескере отырып, мен Wi-Fi қосылымы бар тақтаның дизайнын бастадым және 4 шығыс релесі. Төменде мен схеманы схемадан, ПХД дизайнынан, бағдарламалау мен сынақтан сәтті жұмыспен аяқталатын кезең -кезеңмен сипаттаймын.

МҮМКІНДІКТЕР

1. Wi -Fi желісіне қосылу
2. 100 / 240VAC кіріс кернеуі
3. 4 шығыс релесі (максимум 10А)
4. Қуат индикаторы
5. 4 Реленің жарық диодты қуат көрсеткіші
6. Бағдарламалау тақырыбы
7. Қалпына келтіру түймесі

1 -қадам: Компоненттер мен құралдар

Компоненттер

1. 1км 0805 3 резистор
2. 220 Ом 0805 5 резисторы
3. 10км 2 0805 резисторы
4. 4,7км 1 резистор 0805
5. 0,1 фунт 0805 конденсаторы
6. 2 0805 конденсаторы 10uf
7. ES1B 4 диодтары немесе 100в 1А SMA пакетіне ұқсас
8. 1 AMS1117-3.3 кернеу реттегіші
9. 4 Жасыл жарықдиодты 0805
10. 1 қызыл жарықдиодты 0805
11. 4 NPN MMBT2222A транзисторлары немесе ұқсас SOT23 пакеті
12. 1 ESP 12-E Wi-Fi модулі
13. 1 HLK-PM01 қуат көзі
14. 1 SMD тактильді ауысу
15. 6 позицияның 1 түйреуіш тақырыбы
16. 5 позициялы 5 терминалды блок 5,08 мм қадам
17. 5 5VDC релесі

Құралдар

1. Дәнекерлеу станциясы немесе 25-30 ватт
2. Қорғасын дәнекері
3. Флюс
4. Пинцет
5. Тазартқыш білік

2 -қадам: Қуат көзі мен кернеуді реттегіш

Электр тізбегінің жұмыс істеуі үшін 2 кернеу қажет, басқару бөлігінде 3,3 ВДК, екіншісінде 5 ВДК, өйткені тақтада жұмыс істеу үшін барлық қажетті заттар бар деген ой бар, тікелей жеткізетін ауыспалы көзді қолданыңыз. 5В және желілік кернеумен қоректенеді, бұл бізді сыртқы қуат адаптерінің қажеттілігінен құтқарады және бізге тек 3,3 В желілік реттегішті (LDO) қосу қажет.

Жоғарыда айтылғандарды ескере отырып, мен кіріс кернеуі 0,1А кезінде 100-240VAC және 0,6А-да 5VDC шығысы бар Hi-Link HLK-PM01 таңдадым, содан кейін мен кеңінен қолданылатын AMS1117-3.3 орналастырдым. реттегіш қазірдің өзінде өте кең таралған, сондықтан оңай қол жетімді.

AMS1117 мәліметтер кестесі бойынша сіз кіріс және шығыс конденсаторларының мәндерін таба аласыз, олар кіріс үшін 0.1uf және 10uf және шығыс үшін басқа тең секция. Ақырында, мен Ом заңын қолдана отырып есептелетін шектеу кедергісі бар қуат индикаторын орналастырдым:

R = 5V-Vled / Iled

R = 5 - 2 / 0,015 = 200

Светодиодтағы 15 мА ток соншалықты жарқырамайды және оның қызмет ету мерзімін ұзартады.

3 -қадам: Seccion басқару

Бұл бөлім үшін мен ESP-12-E Wi-Fi модулін таңдадым, себебі ол шағын, арзан және Arduino IDE-мен қолдану өте қарапайым. Модульде оның жұмысына қажетті барлық нәрсе болғандықтан, ESP жұмыс істеуі үшін қажетті сыртқы аппараттық құралдар минималды.

Есте сақтау керек, модульдің кейбір GPIO -ларын қолдану ұсынылмайды, ал басқаларында белгілі бір функциялар бар, келесіде мен түйреуіштер мен олардың қандай функцияларды орындайтыны туралы кестені көрсетемін:

GPIO --------- Кіріс ---------------- Шығу ---------------------- --- Ескертулер

GPIO16 ------ үзіліс жоқ ------ PWM немесе I2C қолдауы жоқ --- Жүктеу кезінде жоғары ұйқыдан ояту үшін қолданылады

GPIO5 ------- OK ------------------- OK --------------- жиі SCL (I2C)

GPIO4 ------- OK ------------------- OK --------------- көбінесе SDA (I2C)

GPIO0 ------- тартылды ---------- OK --------------- FLASH режиміне төмен, төмен тартылса жүктеу сәтсіз аяқталады

GPIO2 ------- жоғары тартылды ---------- OK --------------- төмен тартылса жүктеу сәтсіз аяқталады

GPIO14 ----- OK ------------------- OK -------------- SPI (SCLK)

GPIO12 ----- OK ------------------- OK --------------- SPI (MISO)

GPIO13 ----- OK ------------------- OK -------------- SPI (MOSI)

GPIO15 ----- GND-ге тартылды ---- OK --------------- SPI (CS) Жоғары тартылғанда жүктеу сәтсіз аяқталады

GPIO3 ------- OK ------------------- RX түйреуіші ---------- Жүктеу кезінде жоғары

GPIO1 ------- TX түйреуіші -------------- ОК --------------- Жүктеу кезінде жоғары, төмен тартылса жүктеу сәтсіз болады

ADC0 -------- Аналогты енгізу ----- X

Жоғарыдағы ақпарат келесі сілтеме бойынша табылды:

Жоғарыда келтірілген деректерге сүйене отырып, мен 5, 4, 12 және 14 түйреуіштерді әр релені іске қосатын цифрлық шығыс ретінде таңдадым, бұл активтендіру үшін ең тұрақты және қауіпсіз.

Ақырында мен бағдарламалау үшін қажет нәрсені, түйреуішті қалпына келтіру түймесін, қосқыш шнурға қосылған резисторды, GPIO15 -тегі жерге қарсылықты, FTDI -ді TX, RX түйреуіштеріне қосу үшін пайдаланылатын тақырыпты қостым. модульді Flash режиміне қою үшін GPIO0 жерге қосыңыз.

4 -қадам: Power Seccion

Бұл бөлім релені іске қосу үшін GPIO порттарындағы 3.3VDC шығысын пайдалану туралы қамқорлық жасайды. Релейлерге ESP түйреуішінен гөрі көбірек қуат қажет, сондықтан оны іске қосу үшін транзистор қажет, бұл жағдайда біз MMBT2222A қолданамыз.

Біз коллектор арқылы өтетін токты ескеруіміз керек (Ic), бұл мәліметтермен біз транзистордың негізіне қойылатын қарсылықты есептей аламыз. Бұл жағдайда Ic реле катушкасынан өтетін ток пен тұтануды көрсететін жарық диодты токтың қосындысы болады:

Ic = Иреле + Илед

Ic = 75мА + 15мА = 90мА

Бізде Ic ток болғандықтан, біз транзистордың негізгі қарсылығын есептей аламыз (Rb), бірақ бізге қосымша деректер жұбы қажет, транзистордың кірісі (hFE), ол MMBT2222A жағдайында 40 мәнге ие өлшемсіз, сондықтан оның өлшем бірліктері жоқ) және кремнийлі транзисторларда 0,7в шамасы бар кедергі потенциалы (VL). Жоғарыда айтылғандарға сәйкес келесі формуламен Rb есептеуге кірісуге болады:

Rb = [(VGPIO - VL) (hFE)] / Ic

Rb = [(3.3 - 0.7) (40)] / 0.09 = 1155.55 ом

Жоғарыда келтірілген есептеуге сүйене отырып, мен 1 кОм кедергісін таңдадым.

Ақырында, диод рельс катушкасына параллель орналасқан, катод Vcc -ке қарайды. ES1B диоды кері FEM -ды болдырмайды (FEM немесе кері электр қозғаушы күш - катушка арқылы ток өзгерген кезде пайда болатын кернеу)

5 -қадам: ПХД дизайны: схемалық және компоненттік ұйымдастыру

Схема мен картаны жасау үшін мен Eagle бағдарламалық жасақтамасын қолдандым.

Ол ПХД схемасын жасаудан басталады, ол тізбектің бұрын түсіндірілген бөлігін алу керек, ол оны біріктіретін әрбір компоненттің белгісін қоюдан басталады, содан кейін әр компонент арасында байланыс орнатылады, қосылмау үшін абай болу керек. қате болса, бұл қате тізбектің жұмысында ақаулық тудырады. Соңында, әрбір компоненттің мәндері алдыңғы қадамдарда есептелгенге сәйкес көрсетіледі.

Енді біз картаның дизайнын жалғастыра аламыз, бірінші кезекте біз компоненттерді мүмкіндігінше аз орын алатындай етіп ұйымдастыруымыз керек, бұл өндіріс құнын төмендетеді. Жеке мен компоненттерді симметриялы дизайн бағаланатындай етіп ұйымдастыруды ұнатамын, бұл тәжірибе маған бағыттау кезінде көмектеседі, оны жеңілдетеді және стильді етеді.

Компоненттер мен маршрутты орналастыру кезінде торды ұстану маңызды, менің жағдайда мен 25 мильдік торды қолдандым, IPC ережесі бойынша компоненттер арасында олардың арасы болуы керек, әдетте бұл бөлу 25 милді құрайды.

6 -қадам: ПХД дизайны: жиектер мен тесіктер

Барлық компоненттер орнында, біз «20 өлшем» қабатын қолдана отырып, ПХД -ны шектей аламыз, оның құрамындағы барлық компоненттердің болуын қамтамасыз ететін тақтаның периметрі сызылады.

Ерекше ескере кететін жайт, Wi-Fi модулінде ПХД-ге кіріктірілген антенна бар екенін айта кету керек, сигналды қабылдауды әлсіретпеу үшін мен антенна орналасқан аймақтың астында кесу жасадым.

Екінші жағынан, біз айнымалы токпен жұмыс жасаймыз, бұл сіз тұратын елге байланысты 50-60 Гц жиілікке ие, бұл жиілік цифрлық сигналдарда шу шығаруы мүмкін, сондықтан басқарылатын бөлімдерді оқшаулау жақсы. цифрлық бөліктен айнымалы ток, бұл айнымалы ток айналатын жерлерге жақын картаны кесу арқылы жасалады. Жоғарыда айтылғандар ПХД кез келген қысқа тұйықталудан аулақ болуға көмектеседі.

Ақырында, ПХД -ның 4 бұрышына монтаждау тесіктері орналастырылады, егер сіз оны шкафқа салғыңыз келсе, орналастыру оңай және жылдам.

7 -қадам: ПХД дизайны: жоғарғы бағыттау

Біз маршруттаудың қызықты бөлігін жолдың ені мен бұрылу бұрышы сияқты белгілі бір шарттарды ескере отырып, компоненттер арасында байланыс орнатудан бастаймыз. Әдетте, мен алдымен қуат пен жерге байланысты емес байланыстарды жасаймын, өйткені екіншісін жоспарлармен жасаймын.

Параллельді жердегі және күштік жазықтықтар сыйымдылық кедергісінің арқасында қуат көзіндегі шуды бәсеңдетуде өте пайдалы және оларды тақтаның ең кең аймағына тарату керек. Олар сонымен қатар электромагниттік сәулеленуді (EMI) төмендетуге көмектеседі.

Жолдар үшін біз 90 ° бұрышы бар, тым кең немесе тым жұқа бұрылыстар жасамау үшін абай болуымыз керек. Температураны, айналатын ток пен ПХД-дағы мыс тығыздығын ескере отырып, жолдардың енін есептеуге көмектесетін құралдарды Интернеттен табуға болады: https://www.4pcb.com/trace-width-calculator. html

8 -қадам: ПХД дизайны: төменгі бағыттау

Төменгі жағында біз жетіспейтін қосылыстар жасаймыз, ал артық кеңістікте жер мен қуат ұшақтарын қоямыз, біз екі беттің жер ұшақтарын байланыстыратын бірнеше виас орналастырылғанын байқай аламыз, бұл жердегі ілмектерді болдырмау үшін.

Жердегі ілмектер - бұл теориялық тұрғыдан бірдей потенциалға ие болатын 2 нүкте, бірақ олар өткізгіш материалдың қарсылығына байланысты емес.

Реле контактілерінен терминалдарға дейінгі жолдар да ашық болды, олар дәнекермен күшейтіліп, қызып кетпестен және жоғары ток жүктемесіне төтеп беру үшін.

9 -қадам: Гербер файлдары және ПХД -ге тапсырыс беру

Гербер файлдарын ПХД өндіру үшін баспа платалары өнеркәсібі қолданады, оларда мыс қабаттары, дәнекерлеу маскасы, жібек экраны және т.б сияқты барлық қажетті ақпарат бар.

Gerber файлдарын Eagle -ден экспорттау «CAM деректерін генерациялау» опциясын қолдана отырып өте қарапайым, CAM процессоры келесі PCB қабаттарына сәйкес келетін 10 файлдан тұратын.zip файлын жасайды:

1. Төменгі мыс
2. Төменгі жібек экраны
3. Төменгі дәнекерлеу пастасы
4. Төменгі жауынгерлік маска
5. Диірмен қабаты
6. Жоғарғы мыс
7. Жоғарғы Silkscreen
8. Жоғарғы дәнекерлеу пастасы
9. Жоғарғы Soldermask
10. Бұрғылау файлы

Біздің Gerber файлдарын нақты ПХД -ге айналдыратын уақыт келді. Менің PCB өндіру үшін Gerber файлдарымды JLCPCB -ге жүктеңіз. Олардың қызметі өте жылдам. Мен ПХД -ны Мексикада 10 күнде алдым.

10 -қадам: ПХД жинау

Енді бізде ПХД бар, біз тақтаны жинауға дайынбыз, ол үшін бізге дәнекерлеу станциясы, дәнекерлеуіш, флюс, пинцет және торды тазартуға қажет болады.

Біз барлық резисторларды тиісті орындарда дәнекерлеумен бастаймыз, екі жастықшаның біріне аз мөлшерде дәнекерлеп қоямыз, біз қарсылық терминалын дәнекерлейміз және қалған терминалды дәнекерлеуге кірісеміз, біз мұны әрқайсысында қайталаймыз. резисторлардың.

Дәл осылай біз конденсаторлар мен светодиодтарды жалғастырамыз, соңғысымен абай болу керек, өйткені оларда катодты көрсететін кішкентай жасыл белгі бар.

Біз диодтарды, транзисторларды, кернеу реттегішін және түймені дәнекерлеуге кірісеміз. Ол жібек экранды көрсететін диодтардың полярлық белгілерін құрметтейді, сонымен қатар транзисторларды дәнекерлеу кезінде абай болыңыз, оларды қатты қыздыру оларды зақымдауы мүмкін.

Енді біз Wi-Fi модулін орналастырамыз, алдымен біз түйреуішті дәнекерлейміз, осылайша ол дұрыс реттелген, сондықтан біз барлық қалған түйреуіштерді дәнекерлейміз.

Тек тесіктердің барлық компоненттерін дәнекерлеу ғана қалады, олар үлкенірек болудың ең қарапайым түрі, жарқыраған таза дәнекерлеуді жасаңыз.

Қосымша қадам ретінде біз реленің ашық жолдарын қалайымен нығайтамыз, мен жоғарыда айтқанымдай, бұл жолдың токқа күйіп кетпестен төзуіне көмектеседі.

11 -қадам: Бағдарламалық қамтамасыз ету

Бағдарламалау үшін мен Arduino fauxmoesp кітапханасын орнаттым, бұл кітапханада сіз Phillips Hue шамдарына еліктей аласыз, бірақ сіз жарықтық деңгейін басқара аласыз, бірақ бұл тақта тек қосу / өшіру қосқышы ретінде жұмыс істейді.

Мен сізге сілтемені қалдырамын, осылайша сіз кітапхананы жүктеп, орната аласыз:

Осы кітапхананың мысал кодын қолданыңыз және құрылғының жұмысына қажетті өзгертулер енгізіңіз, мен Arduino кодын жүктеуге және тексеруге қалдырамын.

12 -қадам: Қорытынды

Құрылғы жиналғаннан және бағдарламаланғаннан кейін біз оның жұмысын тексере бастаймыз, тек жоғарғы кабельге қуат кабелін салып, оны 100-240 ВТ қамтамасыз ететін розеткаға қосу керек, қызыл жарық диоды (ON) жанады. Интернет желісін іздейді және қосылады.

біз Alexa қосымшасына кіреміз және сізден жаңа құрылғыларды іздеуді сұраймыз, бұл процесс шамамен 45 секундты алады. Егер бәрі дұрыс болса, сіз 4 жаңа құрылғыны көруіңіз керек, олар тақтадағы әрбір реле үшін.

Енді Alexa -ға құрылғыларды қосу және өшіру туралы айту ғана қалады, бұл тест бейнеде көрсетілген.

Дайын !!! Енді сіз өзіңіздің жеке көмекшіңізбен қалаған құрылғыны қосуға және өшіруге болады.